Ściany

szczelinowe

Ściany szczelinowe

są to konstrukcje żelbetowe, powstałe w wyniku

zabetonowania wykopanej w gruncie szczeliny,
do której uprzednio wprowadzano zbrojenie. Wykop
wykonywany jest w osłonie zawiesiny
bentonitowej, zabezpieczającej jego stabilność do
czasu betonowania. W szczelinie jest formowana
żelbetowa ściana złożona z sekcji wykonywanych
oddzielnie. Szczelność ściany szczelinowej jest
zagwarantowana dzięki opatentowanym
rozwiązaniom połączeń poszczególnych sekcji ściany.

Ściana szczelinowa spełnia jednocześnie trzy

funkcje:
- przenosi obciążenia poziome (parcie gruntu);
- przenosi obciążenia pionowe;
- stanowi szczelną obudowę wykopu.

Głębokość szczeliny
- w Polsce wykonuje się powszechnie szczeliny o

głębokości kilkunastu metrów, sporadycznie do
głębokości 30 metrów (np. stacja Metra CENTRUM lub
budynki z pięcioma poziomami podziemia),

- za granicą są wykonywane szczeliny o głębokości

bliskiej 100 m.

Grubość ściany szczelinowej
Powszechnie są stosowane ściany o grubości 60 i 80

cm.

Szczeliny węższe od 60 cm mogą być przydatne do

formowania ścian z prefabrykatów osadzanych w
zawiesinie twardniejącej. Szczeliny o szerokości 50 i
40 cm mogą służyć do budowy ekranów przeciw-
filtracyjnych.

W technicznie uzasadnionych przypadkach

wykonywano ściany grubości 90 i 100 cm.

Ściany szczelinowe można wykonywać bardzo blisko istniejących

budowli.

Sprzęt używany do budowy ściany, z uwagi na jego gabaryty, wymaga

oddalenia krawędzi szczeliny od lica budowli o co najmniej 30 cm. Taka też
odległość jest potrzebna do umieszczenia murku prowadzącego,
spełniającego rolę prowadnicy chwytaka i podstawy sprzętu użytego do
formowania ściany.

Ściana szczelinowa może być odsłaniana w trakcie pogłębiania

wykopu. Zależnie od obciążenia poziomego ściany i jej sztywności stosuje
się różne podparcia poziome:

- kotwienie iniekcyjnymi kotwami gruntowymi,
- rozpieranie stropami kondygnacji podziemnych,
- rozpieranie rozporami rurowymi.

Ściana szczelinowa może stanowić obudowę wykopu, spełniającą

swoją funkcję tylko do czasu wykonania konstrukcji podziemia. Jest to
jednak dość kosztowne zabezpieczenie wykopu, które po zakończeniu
robót budowlanych pozostaje nie- wykorzystane.

Obecnie odchodzi się od takich rozwiązań i wykorzystuje ściany

szczelinowe również jako konstrukcyjne elementy budowli.

Metody budowy podziemia w obudowie ze

ścian szczelinowych

Wykopy o głębokości do 5 - 6 m osłonięte są przez ściany
wspornikowe, odpowiednio głęboko utwierdzone w gruncie.

Przy większych głębokościach ściany szczelinowe mogą być
kotwione iniekcyjnymi kotwami gruntowymi, gdy szerokość
wykopu przekracza kilkanaście metrów.
Obecnie stosuje się również metodę stropową, w której stropy
kondygnacji podziemnych stanowią rozparcie ścian szczelinowych.
Metoda stropowa umożliwia też jednoczesne prowadzenie robót w
dwóch kierunkach: w części podziemnej pogłębianie wykopu i
budowę coraz niżej położonych kondygnacji oraz płyty dennej, i
równocześnie w nadziemnej części można podjąć budowę wyższych
kondygnacji (metoda góra-dół).
Szczegółowa analiza wskazuje jednak, że zysk czasowy przy
zastosowaniu tej metody jest mały (rzędu 2-3 miesięcy), a wzrost
kosztów budowy znaczący.

Wspornikowe ściany szczelinowe

Wykopy o małej głębokości mogą być wykonywane bez kotwienia i
rozpierania ściany szczelinowej. W takim przypadku ściana
szczelinowa ma schemat statyczny belki wspornikowej,
utwierdzonej w gruncie. Jej zakotwienie w podłożu w normalnych
warunkach nie powinno być mniejsze od 4 m.

Przy projektowaniu ściany wspornikowej należy pamiętać o
przewężeniu przekroju betonu w poziomie łączenia płyty
fundamentowej ze ścianą szczelinową. Choć to przewężenie
znajduje się powyżej strefy największego momentu zginającego, to
zmniejszenie o 20 - 30% przekroju betonu w strefie ściskanej może
decydować o wytrzymałości przekroju.

Schemat statyczny belki wspornikowej występuje również w
pierwszej fazie odkopywania ściany kotwionej lub rozpieranej,
osłaniającej głęboki wykop.

Etapy wykonania wspornikowej ściany szczelinowej

Murki prowadzące

Platforma robocza powinna się znajdować co
najmniej 1,5 m nad poziomem wody. Ścianki
(murki) prowadzące mają głębokość 1-1,5 m i są
szersze niż planowana ścianka szczelinowa.
Najczęściej wykonywane są z betonu.

Spełniają one kilka funkcji:

- wyznaczają położenie ściany szczelinowej,
zapewniają odniesienie sytuacyjne i wysokościowe;

- służą jako oparcie dla ograniczników i siatek
zbrojenia;

- zapewniają początkową wysokość słupa płuczki
przy rozpoczynaniu wykopu;

- zapewniają stateczność ścian transzei (wykopu).

Wykop

Można używać sprzętu różnego typu, w zależności od
warunków gruntowych i wymogów projektu: chwytaka
na kolumnie lub na linach lub hydrofrezu.
Szerokość wykopu może się zmieniać od 0,52 m. do 1,
52 m., przy czym typowe grubości to: 0,62, 0,82 i 1,02
m.
Przeciętnie osiąga się głębokości od 35 do 50 m.
Hydrofrez pozwala na zagłębienie się nawet do 150m.
Cały cykl przebiega na przemian: między sąsiednie
panele wprowadzone w pierwszym przejściu
wprowadzane są tzw. panele wtórne. Długość paneli
wynosi od 2 do 20m., przeciętnie mieści się między 5 a
6 m.

Chwytak hydrauliczny (Soletanche)

Chwytak hydrauliczny typu KS 3000 (Soletanche)

Chwytak mechaniczny (Soletanche)

Hydrofrez

Połączenia

W większości przypadków
korzysta się albo z obudów
końcowych albo połączeń, które
są usuwane po zabetonowaniu
paneli pierwotnych.
Nowoczesne złącza nie są
wyciągane przed ostatecznym
związaniem betonu, pozostaje
na miejscu do momentu
całkowitego wykonania sekcji
przylegającej.
Następnie, dzięki odpowiednio
ukształtowanym zaczepom,
elementy są odciągane od
zabetonowanej sekcji i
wyciągane.
W ten sposób powierzchnia
złącza jest wolna od
pozostałości po operacji
betonowania oraz nie jest
uszkodzona mechanicznie.

Wprowadzanie
zbrojenia

Aby umożliwić swobodny
przepływ betonu,
poziome i pionowe pręty
zbrojenia muszą być
oddalone od siebie o 10
do 15 cm.
Celem zapewnienia
niezbędnego otulenia
zbrojenia, klatki są około
10 cm węższe niż
ścianka. Urządzenia
centrujące (rolki, rury,
ślizgi) i osprzęt
montażowy
(zesztywnienia,
pierścienie, pętle)
używane są do
manewrowania i
wprowadzania klatek do
otworu.

Betonowanie

Betonu używanego do
formowania ścianek
szczelinowych
betonowanych na mokro
nie wibruje się. Beton
wprowadzany jest przez
jeden lub kilka lejów
rurowych. Nie wolno
przerywać betonowania -
musi ono być wykonane
w jednym podejściu, z
wykorzystaniem
wysokowydajnego węzła
betoniarskiego. Często
używa się opóźniaczy
wiązania betonu.
Zazwyczaj do
betonowania paneli
dłuższych niż 5-6 m
niezbędne są 2 lub 3 leje
rurowe.

Betonowanie sekcji ściany szczelinowej na trzy

rury Contractor - budowa przy ul.Jachowicza w

Płocku. (Soletanche)

Kotwiona ściana szczelinowa

Jest to metoda zabezpieczania stateczności ścian szczelinowych w fazie

głębienia wykopu i stawiania docelowej konstrukcji żelbetowej. Stateczność

ścian zapewniona jest przez jeden lub więcej rzędów kotwi gruntowych,

iniekcyjnych.

W Polsce są stosowane kotwy czasowe, których funkcja techniczna
ustaje po zakończeniu budowy podziemia, a więc trwa to na ogół kilka
kwartałów. Ściana szczelinowa może być kotwiona w kilku poziomach.
Głębienie wykopu dzieli się na etapy odpowiadające poziomom kotwienia.
Z dna wykopu każdego poziomu wykonuje się kotwy gruntowe.

Projekt wykonawczy robót kotwiarskich powinien określać:

• warunki gruntowe,
• sposób wykonywania i zabezpieczenia otworu w gruncie,
• konstrukcję cięgna (rodzaj i liczba lin, przekrój pręta, wymagania
materiałowe),
• długość uzbrojenia, konstrukcję zakotwienia i bloku oporowego głowicy
kotwy,
• długość buławy i części wolnej,
• sposób i krotność iniekcji buławy,
• składniki iniektu, wymagania wytrzymałościowe,
• osłonę części wolnej,
• usytuowanie głowicy kotwy na ścianie i położenie kotwy w gruncie,
• procedurę naprężania kotwy,
• rodzaje i zasady wykonywania badań (np. badania przydatności,
częściowe i odbiorcze),
• obciążenie obliczeniowe kotwy i siłę naciągu roboczego,
• dopuszczalne wydłużenia sprężyste cięgna i dopuszczalne pełzanie
buławy,
• inne istotne informacje.

Wiele kontrowersji wywołuje kwestia pozostawiania siły w kotwach po

zakończeniu ich funkcji technicznej. Kotwy, jako tymczasowe, nie posiadają
trwałego zabezpieczenia przed korozją. Z upływem czasu korozja będzie
zmniejszać przekrój stali i w konsekwencji doprowadzi do zerwanie liny lub
pręta. Trzeba pamiętać, że cięgna są wykonane z stali wysokiej
wytrzymałości. W takiej stali, po przekroczeniu wytrzymałości jednego
elementu, następuje jego zerwanie, a to przeciąża pozostałe cięgna, które
zrywają się jednocześnie. Następuje dynamiczne odciążenie ściany.
Towarzyszy temu huk i wstrząs. Następuje to po kilku - kilkunastu latach od
wybudowania obiektu. Użytkownik nie ma wiedzy o pozostawieniu
naprężonych kotew i zjawiska towarzyszące zerwaniu może odbierać jako
oznakę zniszczenia jakiegoś elementu budynku. Aby uniknąć takich sytuacji
kotwy powinny być odprężane.
Kotwy na ogół wychodzą poza teren parceli należącej do inwestora
podziemia i sięgają pod teren innego użytkownika. Może on nie wyrazić
zgody na takie roboty. Trudno się dziwić takiej postawie, bowiem
pozostawione w gruncie cięgna ograniczą lub utrudnią w przyszłości i
prowadzenie tam prac budowlanych. Trzeba to mieć na uwadze i z
wyprzedzeniem uzgodnić zamiar kotwienia z właścicielem przyległej
parceli.

Kotwiona ściana szczelinowa - budowa przy Placu

Powstańców w Warszawie (Soletanche)

Ściana z rozporami

Stosowanie rozpór jest wskazane, gdy
przeciwległe sobie ściany są równoległe, a ich
odległość nie przekracza kilkunastu metrów,
wyjątkowo do 30 m. Rozpory wykonuje się z rur
stalowych, najczęściej o średnicy 50 cm przy
rozpiętości kilkunastu metrów i 70 cm przy
większej rozpiętości (powyżej 20 m). Rozpory
umieszcza się poziomo.
Rozpory stalowe mogą być zakładane o tak
zwany oczep (wieniec) żelbetowy (na górze ściany
szczelinowej) z zabetonowanymi wcześniej w nim
markami stalowymi lub o oczep stalowy połączony
ze ścianą też przy pomocy marek stalowych
osadzonych w klatkach zbrojeniowych ściany
szczelinowej.

Ściana szczelinowa z rozporami (Soletanche)

Rozpora wsparta na oczepie (widok z góry)

Kliny w styku rozpory z oczepem

Przestrzeń między ścianą szczelinową i oczepem lub gniazdem

oporowym powinna być wypełniona zaprawą cementową. Dobre
przyleganie rozpory do rozpieranej ściany lub oczepu zapewniają kliny
stalowe. Rozpory rurowe, w wyniku dobowych zmian temperatury,
wydłużają się w dzień i kurczą w nocy. Kliny niewłaściwie włożone, w
czasie skrócenia rozpory, mogą wypaść i konstrukcja nie spełnia wtedy
swego zadania, a ściana szczelinowa traci podparcie. Dlatego
obowiązkowo klin dolny, zbieżny ku górze jest wkładany w pierwszej
kolejności, a klin górny, zbieżny ku dołowi zakłada się w drugiej kolejności
i wbija młotem.

Przy obiektach szczególnie wrażliwych na osiadania może być
wymagane naprężanie rozparcia ścian szczelinowych. Uzyskuje się to
siłownikami hydraulicznymi, które wywołują w rozporze określoną siłę. W
takim przypadku każdy klinowany koniec rozpory musi być wyposażony w
gniazda umożliwiające wstawienie siłowników rozpierających.
Jeśli nie jest wymagane naprężanie, klinowanie rozpór powinno być
wykonywane w porze nocnej, przy niskiej temperaturze. Przy
dziesiędostopniowym ochłodzeniu rozpora o długości 20 m skraca się o 2
mm. To skrócenie rozpory wykorzystuje się do polepszenia rozparcia
obudowy.

Konstrukcja stalowego węzła oporowego naroża jest bardzo złożona
i skomplikowana w wykonaniu. Najczęściej nie ma możliwości powtórnego
wykorzystania węzła, bowiem jego usytuowanie na oczepie wynika z
miejscowych warunków budowy.

W przypadku bardzo rozległych
wykopów, jeśli pozwalają na to
warunki, wykorzystuje się
budowaną konstrukcję
podziemia do oparcia rozpór.
Wówczas wykonuje się wstępny
wykop do głębokości rzędu 4 m na
całej powierzchni, zachowując
wspornikowy schemat statyczny
ściany szczelinowej. Następnie w
centralnej części pogłębia się wykop
do pełnej głębokości, ale przy
ścianie szczelinowej zachowuje się
przyporę z gruntu. Dopiero, po
zbudowaniu centralnej części
podziemia w tym jamistym wykopie,
zakłada się rozpory. Trzeba
zachować symetrię obciążeń, aby
nie wywołać obciążenia szkodliwego
dla budowanej konstrukcji. Na
schemacie pokazano rozwiązanie
możliwe do zastosowania, gdy
zdjęcie rozpory jest dopuszczone
przed zabetonowaniem stropu
znajdującego się w poziomie
rozparcia.

Ściana z podparciem ukośnym

Rozpory nachylone są przydatne gdy w centralnej części

można wykonać wykop z zachowaniem skarp, tak aby ściany
szczelinowej nie obciążać nadmiernie parciem gruntu. Dopiero po
wykonaniu płyty fundamentowej można wbudować nachylone
rozpory. Ich oparcie w ścianie szczelinowej i w płycie
fundamentowej musi zapewnić przeniesienie dużej siły stycznej.
Wskazane jest naprężanie rozpór nachylonych.

Przy rozporach ukośnych zalecane jest zewnętrzne odwodnienie

wykopu. Chodzi o obniżenie zwierciadła wody poza obudową i
znaczące zmniejszenie poziomego obciążenia ściany szczelinowej.
Jest to ważne, bowiem podparcie można wykonać w zasadzie tylko
na jednym poziomie.

Metoda stropowa

Budowa metodą stropową przebiega wg następującego schematu:
• wykonanie wieńca ściany szczelinowej, jeśli jest konieczny lub

wykonanie fragmentu stropu pod parterem, gdy z uwagi na bliskość i stan
przyległego budynku trzeba zwiększyć sztywność obudowy,

• wykonanie wykopu do poziomu stropu niższej kondygnacji,
• po odpowiednim przygotowaniu podłoża zabetonowanie stropu,
• wykonanie kolejnego wykopu l stropu lub płyty dennej obiektu.

Metoda stropowa wymaga budowy tymczasowych podpór. Oparcie

stropów stanowią stalowe słupy osadzone w krótkich palach wykonanych
poniżej dna wykopu. Praktykowane są dwa rodzaje pali przeznaczonych do
osadzenia tych stalowych słupów.

Najczęściej stosuje się pale o przekroju prostokątnym lub owalnym, tzw.

barety, wykonywane pod osłoną zawiesiny głębiarką do szczelin. Niekiedy
jest to jednak niepraktyczne ze względów organizacyjnych. Jeśli w pierwszej
fazie budowy nie ma miejsca i warunków do budowy wytwórni zawiesiny
iłowej poza placem budowy, dogodniej jest sprowadzić palownicę i bez tak
rozbudowanego zaplecza wykonać pale w otworach rurowanych lub pale
formowane świdrem ciągłym z odpowiednio osadzonymi profilami
stalowymi.

Strop opiera się na konstrukcji wsporczej, przyspawanej do słupa. Po

wykonaniu płyty dennej i słupów podziemia, stalowe słupy tymczasowe
zostaną odcięte na poziomie płyty dennej i usunięte.

Etapowanie budowy

podziemia o czterech

kondygnacjach

Stropy betonuje się na odpowiednim podłożu. Spotyka się
najczęściej dwa rozwiązania:
• na dnie wykopu układane jest podłoże ze słabego betonu
starannie wyrównanego i na nim układa się zbrojenie a potem
beton,
• na wyrównanym i powierzchniowo zagęszczonym gruncie układa
się deski poziomujące, na nich poprzecznie krawędziaki i potem
płyty szalunkowe, a następnie zbrojenie i beton.
Przy metodzie stropowej należy się liczyć z odkształceniami
stropów wyższych kondygnacji podziemia. W wyniku usuwania
gruntu z podziemia ulega odciążeniu podłoże. Towarzyszy temu
odprężenie gruntu i unoszenie dna wykopu w jego centralnej
części. Wraz z unoszącym się dnem podnoszą się słupy obudowy
tymczasowej, a na nich wspierają się stropy. Pomiary dokonane na
obiektach warszawskiego metra wskazują, że to uniesienie może
osiągać kilkucentymetrowe wartości w centralnej części wykopu i
nieznaczne przy ścianie szczelinowej. Zaleca się dokonywanie
pomiarów ruchów pionowych słupów w trakcie pogłębiania wykopu
aby określić rozmiar zjawiska i wpływ na konstrukcję podziemia.

Projektanci stropów podziemia
często starają się zapewnić
utwierdzenie stropu lub płyty
dennej w ścianie
szczelinowej. W tym celu
szkielet zbrojeniowy ściany
szczelinowej dozbrajają prętami
kotwiącymi (nr 1 i 2 na
rysunkach). Pręty przewidziane
do włączenia w strop lub płytę są
zagięte i osłonięte arkuszami
styropianu. Po odkopaniu ściany
pręty te należy odgiąć i połączyć
ze zbrojeniem "kotwionego"
elementu. To rozwiązanie ma
jednak wady. Po pierwsze
dodatkowe pręty, utrudniają
rozchodzenie się betonu w
szczelinie, co może spowodować
złe zabetonowanie ściany. Po
drugie nie jest praktycznie
możliwe takie odgięcie prętów,
aby w obszarze styku starego z
nowym betonem były one
proste. Krzywizna pozostająca po
odginaniu spowoduje, że pręty te
prostując się pod obciążeniem
(np. skurczem betonu) powodują
powstanie mikroszczeliny.